DE10048094B4 - Switching power supply with a device for radio interference voltage compensation - Google Patents
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Abstract
Schaltnetzteil mit einem Transformator (TR) zur Kopplung eines Primärteils mit einem Sekundärteil,
– wobei der Primärteil dafür eingerichtet ist, eine hochfrequente Spannung zu erzeugen,
– wobei der Sekundärteil dafür eingerichtet ist, eine Ausgangs-Gleichspannung zu erzeugen,
– wobei eine Einrichtung zur Kompensation einer hochfrequenten Störspannung (Ustör) vorhanden ist, die aufgrund einer zwischen Wicklungen (W1, W2) des Transformators (TR) bestehenden parasitären Kapazität (Cpar) im Schaltnetzteilbetrieb übertragen wird,
– wobei eine Reihenschaltung eines Funkentstörkondensators (C2) und einer Hilfsspannungsquelle (QHi) angeordnet ist,
– wobei die Hilfsspannungsquelle (QHi) dafür eingerichtet ist, eine Kompensationsspannung (Ucomp) zur Kompensation der Störspannung (Ustör) zu bilden, wobei diese Reihenschaltung (C2, QHi) als Verbindung eines Leiters (N) des Primärteils mit einem Leiter (0 V oder +U) des Sekundärteils angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannungsquelle (QHi) durch eine Kompensationsspannungsquelle (K) gebildet ist, die einen Referenzkondensator (C5) und einen Stromspiegel (T3, T4) enthält, womit der Strom...Switched-mode power supply with a transformer (TR) for coupling a primary part to a secondary part,
- wherein the primary part is adapted to generate a high-frequency voltage,
- wherein the secondary part is adapted to generate an output DC voltage,
- There is a device for compensation of a high-frequency noise voltage (U sturgeon ), which is transmitted due to a between windings (W1, W2) of the transformer (TR) existing parasitic capacitance (C par ) in switching power supply mode,
Wherein a series connection of a radio interference suppression capacitor (C2) and an auxiliary voltage source (Q Hi ) is arranged,
- Wherein the auxiliary voltage source (Q Hi ) is adapted to form a compensation voltage (U comp ) to compensate for the interference voltage (U sturgeon ), said series circuit (C2, Q Hi ) as a connection of a conductor (N) of the primary part with a conductor (0 V or + U) of the secondary part is arranged,
characterized in that the auxiliary voltage source (Q Hi ) is constituted by a compensation voltage source (K) comprising a reference capacitor (C5) and a current mirror (T3, T4), whereby the current ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltnetzteil mit einer Einrichtung zur Dämpfung hochfrequenter Störspannungen.The The invention relates to a switching power supply with a device for damping high-frequency interference voltages.
Das Schaltnetzteil (Switched Mode Power Supply – SMPS) ist geeignet für den Einsatz in netzbetriebenen elektronischen Geräten, insbesondere für Geräte, die eine Stromversorgung kleiner Leistung (typisch < 50 W) und mit einer ausgangsseitigen Sicherheitskleinspannung (SELV) erfordern.The Switched Mode Power Supply (SMPS) is suitable for use in mains-powered electronic devices, in particular for devices that a power supply of low power (typically <50 W) and with an output safety extra-low voltage (SELV).
Anforderungen an Geräte mit ausgangsseitiger Sicherheitskleinspannung sind in Normen festgelegt. So ist z. B. in VDE 0565, Abschnitt 1.5.4 ausgeführt, daß "Kondensatoren oder RC-Kombinationen der Klasse Y für Anwendungen geeignet sind, bei denen der Ausfall des Kondensators zu einem gefährdenden elektrischen Schlag führen könnte." Bei Schaltnetzteilen mit Anordnung eines Funkentstörkondensators zwischen Primär- und Sekundärseite ist eine solche Situation gegeben, da bei Ausfall (Durchbruch) des Kondensators die Ausgangsseite auf Netzspannungspotential (230 V) liegen könnte; diese ist jedoch als SELV ausgezeichnet, muß also gefahrlos berührbar sein. Da Geräte, die SELV-Ausgang und Netzanschluß aufweisen, mit 3750 V Prüfspannung zwischen SELV-Ausgang und Netz getestet werden müssen, sind nur entweder ein Y1-Kondensator (4 kV-fest) oder zwei Y2-Kondensatoren in Reihe (je 2 kV) einsetzbar. Die Zulässigkeit der Reihenschaltung ist in VDE 0712 Teil 24 (Apr. '95) geregelt (§ 11.3). Durch die hohen Anforderungen an Y-Kondensatoren bedingt, sind diese groß und teuer, weshalb Schaltungen zu bevorzugen sind, die möglichst wenige Y-Kondensatoren erfordern.conditions to devices with output safety extra-low voltage are specified in standards. So z. B. in VDE 0565, Section 1.5.4 stated that "capacitors or RC combinations of Class Y for Applications are suitable where the failure of the capacitor to a dangerous one lead electric shock could. "For switching power supplies with the arrangement of a radio interference suppression capacitor between primary and secondary side is given such a situation, as in case of failure (breakthrough) of the capacitor the output side could be at mains voltage potential (230 V); these However, it is excellent as a SELV, so it must be safe to touch. Because devices, have the SELV output and mains connection, with 3750 V test voltage between SELV output and network have to be tested are either only one Y1 capacitor (4kV fixed) or two Y2 capacitors in series (each 2 kV) can be used. The admissibility The series connection is regulated in VDE 0712 Part 24 (Apr. '95) (§ 11.3). Due to the high demands on Y capacitors, these are big and expensive, which is why circuits are preferable as possible require few Y capacitors.
In EN 55014 (el. Geräte allg.), EN 55015 (Leuchtmittel und Zubehör), EN 55022 Abschnitt 5.1.3 "Tastkopf" wird die Messung mit einem Tastkopf an allen Anschlüssen, die nicht Netzanschlüssen sind, vorgeschrieben.In EN 55014 (el gen.), EN 55015 (illuminants and accessories), EN 55022 section 5.1.3 "Probe" is the measurement with a probe on all the connections that are not power outlets, required.
Eine
gemäß dem Stand
der Technik übliche Schaltung
eines Schaltnetzteils mit einer ausgangsseitigen Sicherheitskleinspannung
ist in
Primärseitig sind ein Reihenwiderstand R1, eine erste Gleichrichterdiode D1 und ein erster Glättungskondensator zur Gleichrichtung einer Netzwechselspannung L, N, und ein elektronischer Schalter T1 zum Schalten des durch die Primärwicklung W1 fließenden Stromes mit einer Schaltfrequenz von typisch 60 kHz bis 120 kHz angeordnet.primary side are a series resistor R1, a first rectifier diode D1 and a first smoothing capacitor for rectifying an AC line voltage L, N, and an electronic Switch T1 for switching the current flowing through the primary winding W1 current arranged with a switching frequency of typically 60 kHz to 120 kHz.
Sekundärseitig sind zur Gleichrichtung – hier in einer Sperrwandlerschaltung – eine zweite Gleichrichterdiode D2 und ein zweiter Glättungskondensator C3 angeordnet, womit eine Ausgangsgleichspannung +U gebildet wird.On the secondary side are for rectification - here in a flyback converter circuit - a second rectifier diode D2 and a second smoothing capacitor C3 arranged, whereby a DC output voltage + U is formed.
Die parasitäre Kapazität Cpar in der Größenordnung von 10–12 F zwischen den Wicklungen W1, W2 des Transformators TR bewirkt, daß hochfrequente Schaltsignale von der Primärseite, also der Netzseite, auf die Sekundärseite gelangen. Dadurch sind alle sekundärseitigen Potentiale – bezogen auf den im allgemeinen mit Schutzerde gekoppelten Nulleiter N mit einer hochfrequenten Störung überlagert. Zur Dämpfung dieser Störung ist zwischen den Nulleiter N der Primärseite und die sekundärseitige Masse (0 V) ein Funkentstörkondensator C2 geschaltet. Entsprechend den vorgenannten Sicherheits-Vorschriften muß dieser Kondensator C2 mittels eines Y1-Kondensators oder zwei in Reihe geschalteten Y2-Kondensatoren realisiert sein.The parasitic capacitance C par on the order of 10 -12 F between the windings W1, W2 of the transformer TR causes high frequency switching signals from the primary side, so the network side, get to the secondary side. As a result, all the secondary-side potentials are superimposed on a high-frequency fault, based on the neutral conductor N, which is generally coupled to protective earth. To attenuate this disorder, a radio interference suppression capacitor C2 is connected between the neutral conductor N of the primary side and the secondary side ground (0 V). In accordance with the aforementioned safety regulations, this capacitor C2 must be realized by means of a Y1 capacitor or two series-connected Y2 capacitors.
Durch die auf wenige Nanofarad begrenzte Kapazität des Kondensators C2 läßt sich das Störsignal jedoch im allgemeinen nur auf einige 100 mV reduzieren, was bei einer Geräteausführung mit herausgeführten Klemmen an der Ausgangsspannungsseite aber nicht zur Einhaltung der Funkstörspannungswerte nach EN 60669 ausreichend ist.By the limited to a few nanofarads capacitance of the capacitor C2 can be the interfering signal however, generally only reduce to a few 100 mV, which is a device version with led out Terminals on the output voltage side but not for compliance the radio interference voltage values is sufficient according to EN 60669.
Aus
der
Aus
der
Aus
der
Aus
der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltnetzteil mit verbesserter Dämpfung von Störspannungen anzugeben.Of the Invention is therefore the object of a switching power supply with improved damping of interference voltages specify.
Diese Aufgabe wird durch ein Schaltnetzteil gelöst, das die im Patentanspruch angegebenen Merkmale aufweist.These Task is solved by a switching power supply, which in the claim having specified features.
Beim
vorgeschlagenen Schaltnetzteil ist der Funkentstörkondensator sekundärseitig
nicht direkt mit der Ausgangsspannung (in der Regel mit Masse) verbunden,
sondern mit einer HF-Hilfsspannungsquelle verbunden, die den durch
die parasitäre
Kapazität übertragenen
Störpegel
kompensiert. Mit einer in
Eine weitere Beschreibung der Erfindung und ihrer Vorteile erfolgt nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in Zeichnungsfiguren dargestellt sind.A Further description of the invention and its advantages will be given below using exemplary embodiments, which are shown in drawing figures.
Es zeigt:It shows:
In
den in
Die parasitäre Kapazität Cpar des Transformators TR ist jedoch großen Fertigungsstreuungen unterworfen, so daß sich mit einer fest eingestellten Hilfsspannungsquelle QHi nur teilweise kompensieren läßt.However, the parasitic capacitance C par of the transformer TR is subject to large manufacturing variations, so that can be compensated only partially with a fixed auxiliary power source Q Hi .
Besser
ist dagegen die in
Optional
kann zur Kompensation sehr hoher Frequenzanteile ein zusätzlicher
Kondensator C4 zwischen den Ausgang ATR des Transformators TR und
den Ausgang AV des Verstärkers (T2, R2, R3) geschaltet
werden, wie in
Eine
Schaltung gemäß
C2a
= 2,2 nF
C2b = 2,2 nF
R2 = 56 kΩ
R3 = 1 kΩ
T2
= BC 817
C4 = 33 pFA circuit according to
C2a = 2.2 nF
C2b = 2.2 nF
R2 = 56 kΩ
R3 = 1 kΩ
T2 = BC 817
C4 = 33 pF
Das
Wicklungsverhältnis
war W1/W2 ≈ 30, die
parasitäre
Kapazität
Cpar ≈ 1
pF. Damit konnte die Funkstörspannung
Ustör beim
untersuchten Schaltnetzteil um mehr als 20 dB gegenüber der Standardrealisierung
nach
Um
einen der für
die erste Ausführungsvariante
nach
Die Hilfsspannungsquelle QHi enthält außerdem einen Emitterfolger T5 und einen durch Transistoren T3 und T4 und zugehörige Emitterwiderstände R4, bzw. R5 gebildeten Schaltungsteil, der als Stromspiegel bekannt ist. Widerstände R6, R7 und R8 sowie Dioden D3, D4 sind zur Arbeitspunkt- bzw. Ruhestromeinstellung angeordnet. Außerdem sind HF-Block-Kondensatoren C6 und C7 vorhanden.The auxiliary voltage source Q Hi also includes an emitter follower T5 and a circuit part formed by transistors T3 and T4 and associated emitter resistors R4, R5, respectively, which is known as a current mirror. Resistors R6, R7 and R8 and diodes D3, D4 are arranged for operating point or quiescent current setting. In addition, RF block capacitors C6 and C7 are present.
Bei dieser Anordnung wird der durch den Funkentstörkondensator C2 fließende Strom über die Transistoren T3 und T4 in den Referenzkondensator C5 gespiegelt.at In this arrangement, the current flowing through the RFI capacitor C2 becomes current through the transistors T3 and T4 mirrored in the reference capacitor C5.
Bedingt
durch Kapazitäts-Toleranzen
kann mit dieser zweiten Schaltungsvariante (
Ein
Erprobungsmuster gemäß
C2 = 2,2 nF (Y1)
C5 = 2,2 nF (NP0)
C6,
C7 = 100 nF
R7 = 330 Ω
R6,
R8 = 1 kΩ
R4,
R5 = 100 Ω
T2
= BC 817
T3, T4 = BC 807
D3, D4 = 1N4148A test sample according to
C2 = 2.2 nF (Y1)
C5 = 2.2 nF (NP0)
C6, C7 = 100 nF
R7 = 330 Ω
R6, R8 = 1 kΩ
R4, R5 = 100 Ω
T2 = BC 817
T3, T4 = BC 807
D3, D4 = 1N4148
Die Komponenten R7, D3 und D4 dienen der Arbeitspunkteinstellung und sind für das HF-Signal wirkungslos.The Components R7, D3 and D4 are used for setting the operating point and are for the HF signal ineffective.
Claims (1)
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